BIE-212: Ecologia Licenciatura em Geociências e Educação Ambiental. Ecossistemas

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1 BIE-212: Ecologia Licenciatura em Geociências e Educação Ambiental Ecossistemas

2 Programa Introdução Módulo I: Organismos Módulo II: Populações Módulo III: Comunidades Módulo IV: Ecossistemas - Ecossistemas - Conservação

3 Roteiro da aula Fluxo de energia - Produtividade - Decomposição - Cadeias tróficas - Eficiências - Pirâmides tróficas Ciclagem de matéria Resumo da aula

4 Introdução ECOSSISTEMA BIOSFERA COMUNIDADE POPULAÇÃO Ecossistema éo conjunto de comunidades interdependentes cujos organismos reciclam matéria enquanto a energia flui através deles ORGANISMO

5 Energia Éa capacidade de realizar trabalho Todos os organismos precisam de energia

6 Energia Luminosa Química Mecânica

7 Energia A energia pode ser transformada de um tipo em outro, mas não pode ser criada nem destruída Produtores Herbívoros Carnívoros Decompositores

8 Energia Nenhuma transformação espontânea de energia é 100% eficiente calor Produtores Herbívoros Carnívoros calor calor Decompositores calor

9 Leis da termodinâmica calor Produtores Herbívoros Carnívoros calor calor 30% érefletida para o espaço 20% absorvida pela atmosfera 50% absorvida como calor pelo solo <1% é aproveitada na fotossíntese Decompositores calor

10 Produtividade Produção primária Produção secundária calor Produção secundária Produtores Herbívoros Carnívoros calor calor calor Decompositores Decomposição

11 Produtividade Biomassa Massa de organismos por unidade de área ton/ ha J / m 2 Produtividade Produção de biomassa por unidade de área e tempo ton/ ha/ano J / m 2 / ano Primária Bruta Líquida Taxa fotossintética total PPL = PPB Respiração Secundária Produção de biomassa por unidade de área e tempo pelos consumidores ton/ ha/ano J / m 2 / ano

12 Produtividade primária ria Fatores limitantes da produtividade primária P + C +N Nutrientes População de cianobactérias Tempo População de cianobactérias Tempo C + N

13 Produtividade primária ria Luz Total horas com luz ano Fotossíntese Produtividade

14 Produtividade primária ria Luz Ecosssistema aquático Respiração Profundidade (m) Produtividade primária líquida Intensidade luminosa (%) Produtividade primária bruta

15 Produtividade primária ria Temperatura Temperatura Floresta Taxa fotossintética Produtividade Produtividade de matéria seca (g m -2 ano -1 ) Temperatura ( o C)

16 Produtividade primária ria Água Precipitação Densidade vegetação Produtividade Produção anual (kg/he he) Desertos Precipitação anual (mm)

17 Produtividade primária ria CO 2 Concentração de CO 2 Fotossíntese Fotossíntese Produtividade CO ton de CO Emissões globais de CO 2 por combustíveis fósseisf

18 Produtividade primária ria Oceano aberto Plat. continental Estuário Macroalgas e recifes Ressurgência Ambientes extremos Desertos Flor. trop. chuvosa Savana 70,8% 29,2% 0,8% Cultivos Floresta boreal Campo Arbustos Tundra 2250 Flor. trop. sazonal F. temp. decídua F. temp. perene Pântanos Rios e lagos 32,2% 74,8% 2,6% Marinho Terrestre Água doce Porcentagem de área no planeta PPL média (g/m 2 /ano) Porcentagem de PPL no planeta

19 Gradiente latitudinal? Oceano Continente Biomassa autotrófica

20 Produtividade primária ria Oceanos: importância do gradiente nutricional CONTINENTE OCEANO ABERTO

21 Produtividade secundária A produtividade secundária depende da produtividade primária Sibéria Japão Biomassa Biomassa Mês Subtrópicos Mês Biomassa Mês

22 Produtividade secundária A precipitação influencia o número de filhotes de Geospiza fortis Número de filhotes Precipitação (mm) Precipitação Produtividade primária Alimento para pássaros granívoros Número de filhotes

23 Decomposição Desintegração gradual da matéria orgânica morta por agentes físicos e biológicos Fotossíntese NUTRIENTE INORGÂNICO imobilização mineralização MATÉRIA ORGÂNICA CO 2 H 2 O NO 3 NH 4 PO 4 Decomposição

24 Decomposição Fragmentadores Detritívoros Decompositores Nutriente inorgânico

25 Eficiências de tranferência Decompositores Carnívoro Carnívoro Carnívoro Consumidores quaternários Consumidores terciários Consumidores secundários O fluxo de energia no ecossistema depende: Eficiênciade transferênciade energiade um nível trófico para outro Eficiência em que esta energia transferida é utilizada em cada nível trófico Quão eficiente são essas transferência? Consumidores primários Herbívoro Planta Produtores primários

26 Eficiências de tranferência Nível trófico 1 Nível trófico 2 EC Eficiência de consumo (EC) Proporção da produtividade total disponível em um nível tróficoque é consumida (ingerida) por um nível trófico acima Número de observações Plantas terrestre Algas Produção primária removida por herbívoros (%)

27 Eficiências de tranferência Nível trófico 1 Nível trófico 2 EC EA Não digerível Assimilado Eficiência de assimilação (EA) Proporção da energia consumida que éassimilada e disponibilizada para incorporação no crescimento ou para realizar trabalho Grupo EA Bactérias e fungos decompositores 100% Carnívoros 80% Herbívoros e detritívoros 20-50% Parte de planta EA pelo herbívoro Sementes e frutos 60-70% Folhas 50% Madeira 15%

28 Eficiências de tranferência Nível trófico 1 Nível trófico 2 EC EA Não digerível Assimilado Eficiência de produção (EP) Proporção da energia assimilada que é incorporada como biomassa Trabalho Biomassa EP Grupo EP Invertebrados 30-40% Vertebrados ectotérmicos 10% Vertebrados endotérmicos 1-2% Vertebrados endotérmicos de pequeno porte < 1%

29 Eficiências de tranferência Nível trófico 1 Nível trófico 2 EC EA Não digerível Assimilado Eficiência ecológica Proporção da energia transferida de um nível tróficopara outro Lei dos 10% Trabalho Biomassa EP Número de casos EC x EA x EP = EE Eficiência ecológica (%)

30 Pirâmides de energia Ilustra a transferência de energia em cada nível trófico Lei dos 10% de luz

31 Pirâmides de biomassa Ilustra a quantidade de biomassa presente em cada nível trófico (g/m 2 ) Áreas alagadas da Flórida Como é possível? Canal inglês Produtoressãomuitomenorese possuem taxa de crescimento muitomaiordo queseus consumidores

32 Pirâmides de númerosn Indica o número de indivíduos em cada nível trófico Campo (indivíduos/0,1 ha) Floresta temperada

33 Cadeia trófica Carnívoro Consumidores quaternários Problemas - Muito longa - Simplicidade Decompositores Carnívoro Carnívoro Herbívoro Consumidores terciários Consumidores secundários Consumidores primários Número de casos Média = 3,5 Planta Produtores primários Número de níveis tróficos

34 Cadeia trófica Consumidores quaternários Como em todas generalizações, existem exceções Decompositores Carnívoro Carnívoro Carnívoro Herbívoro Consumidores terciários Consumidores secundários Consumidores primários -Nem todos consumidores são encaixados perfeitamente em cada compartimento -Herbívoros às vezes comem matéria orgânica morta -Carnívoros às vezes comem herbívoros, detritívorose eventualmente plantas -Alguns animais mudam sua dieta conforme crescem Planta Produtores primários

35 Teia trófica Representação simplificada de uma teia trófica

36 Teia trófica PREDADOR DE TOPO PREDADOR INTERMEDIÁRIO PRESAS Quítons Chapeuzinho chinês Mexilhão Craca Lepa

37 Teia trófica Experimento de remoção de Pisaster Paine Riqueza de espécies Comunidade com Pisaster (controle) Comunidade sem Pisaster (experimental) Anos Nas comunidade onde Pisaster foi removida, a riqueza declinou rapidamente ao longo dos anos, enquanto nas comunidades onde Pisaster foi mantida, a riqueza se manteve constante

38 Teia trófica PREDADOR DE TOPO A remoção de Pisaster aumenta a abundância de Thais PREDADOR INTERMEDIÁRIO PRESAS Quítons Chapeuzinho chinês Mexilhão Craca Lepa A predação preferencial de Thais sobre outras espécies permite que os mexilhões, que são competidores mais fortes, dominem numericamente o costão e excluam as cracas

39 Teia trófica Espécie chave: espécies cuja influência sobre a composição da comunidade é maior do que seria esperado pela sua abundância relativa Espécie com baixa biomassa, mas alto impacto Uma espécie-chave influencia a comunidade de forma desproporcional à sua biomassa Espécies dominantes têm grande influência sobre a comunidade apenas porque contribuem com muita biomassa Impacto total da espécie sobre a estrutura da comunidade ALTO BAIXO Espécies chave Espécies dominantes Biomassa relativa da espécie

40 Ciclagem de nutrientes Reservatórios Atmosfera Lagos, rios, oceanos Rochas Solo NUTRIENTES calor Produtores Herbívoros Carnívoros Energia calor calor Unidirecional Matéria Cíclico calor Decompositores

41 Ciclagem de nutrientes Recursos essenciais para a manutenção de estruturas e processos biológicos C O H N Na Mg P S Cl K Ca Construtores Macronutrientes F Si V Cr M n Fe C o Cu Zn Se M o Sn I Micronutrientes Tipos de ciclos Gasoso Sedimentar

42 Ciclos biogeoquímicos Nitrogênio Carbono Água Fósforo

43 Ciclagem de nutrientes Tempo de residência médio (em anos) da matéria orgânica e nutrientes e a produtividade primária líquida (PPL) em quatro ecossistemas Ecossistema Matéria orgânica N P K Ca Mg PPL (g C/m 2 /ano) Floresta boreal Floresta temperada 4 5,5 5,8 1,3 3 3,4 540 Chaparral 3,8 4,2 3,6 1,4 5 2,8 270 Floresta tropical 0,4 2 1,6 0,7 1,5 1,1 900 Tempo de residência PPL Reciclagem de nutrientes Produtividade

44 Aplicação prática Código Florestal (Lei de 15/09/65) Éobrigatória a conservação de 30 m de mata para cursos d água com até10 m de largura Contribuem para: Escoamento das águas da chuva Diminuição do pico dos períodos de cheia Estabilidade das margens e barrancos de cursos d água Ciclo de nutrientes existentes na água

45 CO 2 O 2 lixiviação Nutrientes: N e P 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2

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47 Luz Turbidez N2 Florações cianobactérias Erosão nutrientes Lixiviação Esgoto RIQUEZA consumo de O2 X X X Hipoxia X MO decompositores Assoreamento

48 Resumo Reservatórios Atmosfera Lagos, rios, oceanos Rochas Solo NUTRIENTES calor Produtores Herbívoros Carnívoros Energia calor calor Unidirecional Matéria Cíclico calor Decompositores